基于虚拟仪器技术电动车电机性能综合测试仪软件设计独家毕业课程设计Word格式文档下载.docx

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TitleTheSoftwareDesignofElectricVehicleMotorPerformance

ComprehensiveTesterBasedonVirtualInstrumentTechnology

Abstract

Thetraditionalmotortestingequipmentmainlyreliedonmanualtesting,whoseautomationdegreeisnothigh,needingmanualtotest,record,processandanalyzethedata,whichlargelylimitstheefficiencyoftheelectricvehicledetection,soitisnecessarytodesignasetofautomatictestingplatformtotesttheperformanceofthemotor.Forthecomprehensivetestoftheperformanceofbrushlessmotor,usingLabVIEWgraphicaltestingsoftwareandmeasuringthevoltage,current,speed,torqueandotherparametersbysensors,thenusingthehostcomputersoftwaretoadjustthespeedandtorque,tosimulatetheactualoperatingstateofthemotordynamically,andtomeasureinputpower,outputpowerandefficiencyofthemotor.Thesystemhasthefunctionofcalculating,displayingalarmmemory,printingreportandsoon,anditcandetectthecomprehensiveperformanceofthemotor,determinewhethertheproductisqualifiedornot,andimprovetheefficiencyandautomationofproducts.

KeywordsLabVIEW,dataacquisitioncard,measurement 

and 

control,automation

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

随着现代社会的发展，生活水平的提高，自然资源的日益匮乏以及人们环保意识的增强。

电动车以电能为动力的环保形式登上了新世纪的历史舞台。

电动自行车以其环保、节能、骑行方便等优点越来越受到人们的喜爱。

电动车产业的发展无疑是将来新能源产业发展的必然趋势，符合绿色环保的需求，是绿色环保、净化空气污染的最好代步交通工具。

电动机的作用是把电能转化为机械能，作为电动自行车动力的来源，其性能质量的优劣直接决定了电动车的稳定性以及工作效率。

电动车在出厂前要对其电机的相关性能进行检测，传统的电机检测设备主要依靠人工检测工作，自动化程度不高，需要人工测试和记录数据并对数据进行处理分析，这很大程度上限制了电动车检测的效率，所以需要设计一套自动化测试平台对电机的性能进行检测。

通过测量参数检验电机的性能，从而判定产品合格与否，提高产品检验的效率和自动化。

1.2电机测试技术国内外发展现状及趋势

科学技术的发展都离不开测量和控制，测试技术在各个行业发展几乎都会起到重要作用。

电机是将电能转换成机械能的设备，广泛用于工业，农业，交通运输业等日常生活中。

为了获得电机最大的效率和稳定的性能，需要对电机的各个性能参数进行测量，再利用测试数据计算处理电机的参数和绘制电机工作特性曲线图，从而通过数据反映出电机的性能和质量，所以电机的测试技术对电机的质量和性能的提高有着非常重要的意义。

测量仪器技术是科学技术发展的基础，但是科学技术的快速发展又推动着测量仪器技术的发展进程。

测量仪器仪表技术发展至今，经历了从电磁技术、模拟电子技术、数字电子技术、智能仪器技术和如今的虚拟仪器的发展历程。

（1）指针式仪表

利用电磁感应定律，导体在变化的磁通量中产生感应电动势，形成闭合回路后感应电动势将驱使电子流动产生产生感应电流，且感应电动势与该路径磁通量变化成正比来实现对电路的测量，但容易受测量环境条件的干扰，误差较大。

（2）模拟式仪表

基于物理电磁学定律发展的仪器仪表，采用工人手工测量操作和记录数据，通过计算处理数据。

人工操作测量读取数据不仅效率低，而且测量和记录过程中会出现时间误差和读数出现读数误差等人为误差。

这样的工作不仅仅导致效率低下，而且还测量精度不高，最后导致测量的结果准确度和可信度不高。

（3）数字化仪表

数字仪器是将模拟信号转变为直接读取的数字信号的仪器。

通过引入了锁相技术、频率合成技术和数字取样技术等技术实现数字方式显示，因此更方便了人们读取数据，提高一定的效率。

各种数字类仪器仪表已经广泛应用于人们的生产生活中。

（4）智能化仪器仪表

利用大规模电路和微处理器制作智能化化仪器，很大程度上提高了运算速度，同时也提高了工作效率。

大部分情况可实现实时测量、实时控制、数据实时处理、记录和保存等功能。

智能化仪器使得测试控制技术水平有一定的技术突破和提高。

（5）虚拟仪器

科学的发展迅速，以计算机、传感器和数据采集卡组成的虚拟仪器技术是当前最先进的实时测试测量和控制技术。

这应该是电子测量技术的一次质的飞跃，真正实现了实时的高速度、高准确度、多参数等多种功能的测试测量和数据处理，不同地域上的网络化测试功能也在一定程度上实现了此功能。

在电机测试技的发展历史上，美国和欧洲等发达国家先后设计和生产电机测试系统，使用计算机技术进行了对电机的性能测试，不仅实现数据的自动测试还实现了对数据的处理。

例如：

美国一电机测试公司自行设计生产的电机性能综合测试仪，其功能可以实现对电机自动测试检测，电机在运行时的电压、电流、转速、输入功率、输出功率和效率等多个参数进行数据的自动采集、处理、存储、查询等功能。

而后德国的西门子公司也自行研制了自动化电机测试平台测试仪，适用于无刷直流电机的性能参数测试。

不仅仅是国外在研究电机自动化测试平台，国内某些企业和科学研究机构还有一些大学都在研究电机自动测试平台。

北京荣华电机公司自行研制的PTR-Z11型电机自动检测仪，南京航空航天大学电机研究团队研制的ZR-II型电机检测系统等。

虽然起步晚，但在电机测试系统这一块很大程度上弥补了我国的这一块空白。

根据国内外电机测试仪器或电机测试平台的发展可以看出，20世纪传统的电机测试技术在技术层面上直接受限于计算机和传感器技术的发展，不同程度上还影响着数据的采集和误差，传统技术根本无法满足其现代测试技术更多新的要求。

传统仪器其功能比较单一、价格昂贵和测试精度不高还自动化测试程度低，这将使得其设备很大程度上具有局限性和不稳定性，想要实现对多类电机进行实时测试将会有很大困难。

所以，以先进的计算机技术结合各电子技术、传感器技术和数据采集技术等高科技技术，共同发展出新的测试控制技术与仪器技术是未来新的趋势，这将使我们的科学测量控制上升到新的层次，新的空间。

1.3课题的主要工作及要求

本课题采用LabVIEW图形化开发软件，通过使用高精度的数据采集卡和传感器模块，连接计算机系统构建的电动车电机性能综合测试平台。

该系统实时测量和控制电动车的转速，能动态模拟电动车的运行状况，改变控制控制方式，连续调节运行速度。

通过测量参数检验控制器和电机的性能，从而判定产品合格与否，提高产品检验的效率和自动化的程度。

共分为5个部分：

（一）分析电机测试系统的要求；

提出电机测试系统的方案；

设计电机测试系统的思路；

实现电机测试系统的功能。

（二）系统总体结构框图设计、系统软件结构框图设计和各个模块结构框图设计。

（三）系统软硬件功能设计

（1）实现电动车运行状态的动态模拟；

（2）实现电机速度和扭矩连续调节与控制；

（3）实现电动车运行参数实时测量；

（4）实现对电动车电机参数显示功能；

（5）进行系统调试、数据分析和验证；

（6）实现对电机测试数据的报表查询和输出。

（四）对电机综合性能测试仪进行调试，并对其调试过程中的意外情况对测试系统进行修改或改进。

（五）对电机综合测试仪的最终测试结果进行分析，根据理论计算是否产生误差，并且对误差产生的情况进行分析处理，并在软硬件模块中调节修正偏差，以此减小误差对数据的影响。

2总体方案设计

本测试平台可针对SPWM控制和PWM控制的电动车无刷直流电机运行时参数数据的测量和记录。

为评定电机的性能优劣和稳定性提供参考依据，也为提升电机质量提供研究方向。

2.1电机综合测试内容

电动机的作用是把电能转化为机械能，作为电动自行车动力转换的来源，电机性能的优劣直接决定了电动车的整体质量与稳定性。

电动车在出厂前要对其电机的相关性能参数进行检测，根据其参数的相关标准，可以直接判别电机质量的优劣。

对于电机的性能，追求效率最大化是最终的目标，这也是众多电机评判标准中的最重要的一种。

在电源电量一定的情况下，最大化的效率不仅仅是节能，更多的是为电动车提供更好的续航能力，从而提高电动车整体质量。

检测系统主要检测的是：

一、电压和电流的电量单位检测，计算出输入功率。

二、转速和扭矩非电量单位检测，计算出输出功率。

可根据输入功率和输出功率便可计算出效率，从而根据结果判定电机的性能优劣。

电压和电流是模拟信号，可由相关的传感器进行信号的转化测量数值大小，转速和扭矩可通过相关传感器转化为开关量信号。

大部分信号可直接由数据采集卡采集信号，不能直接采集信号的通过信号转化再由数据采集卡采集。

2.2电机测试系统整体结构框图设计

电机测试系统整体结构由传感器模块、数据采集卡模块、负载模块、总线、PC计算机等技术组成。

无刷直流电机在运行时，各类传感器测量将直接或间接的测量所测试的信号，将传感器所采集的数字信号或模拟信号经过信号调理电路的放大和滤波处理，之后通过数据采集卡的采集通道采集，并将信号传送到PC计算机处理与显示，总体结构框图如图1所示。

图1电机测试系统整体结构框图

2.3电机测试系统软件结构框图设计

LabVIEW作为一个借助于虚拟面板用户界面和方框图建立虚拟仪器的图形程序设计系统软件，同时也被视为一个标准的数据采集仪器软件和仪器控制软件。

按系统工作流程划分，其软件结构